氢燃料电池的发电效率

1. 氢燃料电池发电的理论最高热效率

通常，发电热效率以燃料的热值为基础进行计算，(-△g_R⁰)是燃料的理论最大发电量，因此燃料电池的理论最高发电热效率下式表示：

η^max= -△g_R⁰ /(-△h_R⁰)                    (6)

如果将氢燃料电池看成热机，式(6)即代表了这一可逆热机的热效率。根据表1和表2，如果基于高位热值，氢燃料电池的理论最高发电效率为：

η_H^max=237.138/285.83≈83%

相当多的文献以高位热值为基础进行能效分析与评判。

如果基于低位热值，氢燃料电池的理论最高发电效率为：

η_L^max=228.579/241.826≈94.5%

目前技术条件下，低位热值下的化学功(-△g_R⁰)才是可资利用的理论最大发电量，从电解水制出的氢气到氢燃料电池发电，其理论最高发电效率为：

η_L^max=228.579/285.83≈80%

2. 氢燃料电池的发电效率

假定氢燃料电池的发电量为w，其发电热效率可以表示为：

η=w/(-△h_R⁰)                        (7)

化学功可以视为燃料的㶲，燃料电池发电只能转化其化学功的那一部分，因此燃料电池发电的㶲效率为：

η^ex=w/(-△g_R⁰)                          (8)

式(8)所计算的㶲效率代表燃料电池发电的热力学完善性。

对于氢燃料，由于|△h_R⁰|>|△g_R⁰|，因此氢燃料电池发电的㶲效率一定高于热效率。

由于氢燃料电池发电产生水蒸汽，所能转化的化学功是其低位热值下反应自由焓的绝对值，因此式(8)的计算宜以此低位热值下反应自由焓的绝对值为基准，即|△g_R⁰|= 228.579kJ/mol。

从电解水制氢用于储能及能效传递的视角，式(7)计算的热效率应该以氢燃料的高位热值为基准。